岩土注浆加固理论

1、11 岩土注浆加固理论岩土注浆加固理论11 11 岩土注浆加固理论岩土注浆加固理论v岩土注浆理论：是借助于岩土注浆理论：是借助于流体力学流体力学和和固体力学固体力学的理论发展起的理论发展起来的，对浆液的单一流动形式进行分析，建立来的，对浆液的单一流动形式进行分析，建立压力、流量、压力、流量、扩散半径、注浆时间扩散半径、注浆时间之间的关系。之间的关系。v浆液在地层中往往以多种形式运动，且这些运动形式随着地浆液在地层中往往以多种形式运动，且这些运动形式随着地层的变化、浆液的性质和压力变化而相互转化或并存。层的变化、浆液的性质和压力变化而相互转化或并存。如在如在渗透注浆渗透注浆过程中存在过程中存在劈

2、裂劈裂现象，在现象，在劈裂注浆劈裂注浆过程中存在过程中存在渗透流渗透流动动等，在等，在压密注浆压密注浆过程中存在过程中存在劈裂或渗透流动劈裂或渗透流动。尽管浆液在地层中。尽管浆液在地层中运动形式很复杂，但它在一定条件下总是以某种流动形式为主。运动形式很复杂，但它在一定条件下总是以某种流动形式为主。v因此，应正确地运用注浆理论，使其以所要求的因此，应正确地运用注浆理论，使其以所要求的运动形式运动形式为为主在地层中流动与固化，达到注浆的目的。主在地层中流动与固化，达到注浆的目的。11 岩土注浆加固理论岩土注浆加固理论v11.1 岩土介质的可注性岩土介质的可注性v11.2 岩土渗透注浆理论岩土渗透注

3、浆理论v11.3 岩土压密注浆理论岩土压密注浆理论v11.4 岩土劈裂注浆理论岩土劈裂注浆理论v11.5 裂隙岩体注浆理论裂隙岩体注浆理论11.1 岩土介质的可注性岩土介质的可注性v注浆法适用范围以及对岩土介质的改良结果，不仅取决于注浆法适用范围以及对岩土介质的改良结果，不仅取决于注注浆材料浆材料性质，也取决于性质，也取决于注浆方法、注浆工艺等注浆方法、注浆工艺等。注浆方法注浆方法：不仅是注浆设备的选择，还要看试验结果，考虑：不仅是注浆设备的选择，还要看试验结果，考虑注浆经注浆经验验是否丰富，是否丰富，注浆管理注浆管理方法是否可行等。方法是否可行等。注浆工艺注浆工艺：包括不同：包括不同浆材浆材

4、及不同及不同注浆方法注浆方法的联合，以适应某些特殊的联合，以适应某些特殊的地质条件和专门注浆目的。的地质条件和专门注浆目的。v因而注浆法的适用界限变得更加复杂。因而注浆法的适用界限变得更加复杂。11.1 岩土介质的可注性岩土介质的可注性v在在砂砾土层砂砾土层中渗透注浆时，尤其是浆液浓度较大时，要求浆液中的颗粒中渗透注浆时，尤其是浆液浓度较大时，要求浆液中的颗粒直径比土的孔隙小，粒状浆材中的颗粒才能在孔隙或裂隙中流动。直径比土的孔隙小，粒状浆材中的颗粒才能在孔隙或裂隙中流动。但粒状浆材往往以多粒的形式同时进入孔隙或裂隙，这可导致孔隙但粒状浆材往往以多粒的形式同时进入孔隙或裂隙，这可导致孔隙的堵塞

5、，因此，仅仅满足的堵塞，因此，仅仅满足颗粒尺寸颗粒尺寸小于小于孔隙尺寸孔隙尺寸是不够的；是不够的；且浆液在流动过程中存在着且浆液在流动过程中存在着凝结过程凝结过程，也会造成浆液通道的堵塞；，也会造成浆液通道的堵塞；此外，地基土是非均质体，此外，地基土是非均质体，裂隙或孔隙裂隙或孔隙的大小不相同，粒状浆材的的大小不相同，粒状浆材的颗粒尺寸不均匀，若想封闭所有的孔隙，就要求粒状浆材的颗粒尺颗粒尺寸不均匀，若想封闭所有的孔隙，就要求粒状浆材的颗粒尺寸必须很小，这从技术和经济的角度来看也是困难的。寸必须很小，这从技术和经济的角度来看也是困难的。v实验结果表明，注浆材料能够顺利渗透到土颗粒间的条件是实验

6、结果表明，注浆材料能够顺利渗透到土颗粒间的条件是 注入比：注入比：15108515dDN89510dDN11.1 岩土介质的可注性岩土介质的可注性v若土颗粒粒径若土颗粒粒径d 0.8mm, 渗透系数渗透系数K 10-1cm/s，水泥浆材可以注入。，水泥浆材可以注入。v当孔隙尺寸小于这一数值时，水泥浆液就不能注人，即使增加注浆压力当孔隙尺寸小于这一数值时，水泥浆液就不能注人，即使增加注浆压力也不会得到理想渗透注浆效果。也不会得到理想渗透注浆效果。v只有减小粒状浆材颗粒尺寸，如采用超细水泥等，才能得到满意结果。只有减小粒状浆材颗粒尺寸，如采用超细水泥等，才能得到满意结果。表表11-1 各种注浆材料

7、的适用范围各种注浆材料的适用范围材材 料料颗粒粒径颗粒粒径（mm）地基渗透系数地基渗透系数（cm/s）适用范围适用范围水泥水泥10-2砾砂、粗砂；裂隙宽度砾砂、粗砂；裂隙宽度0.2 mm膨润土粘土膨润土粘土10-4砂、砾砂砂、砾砂超细水泥超细水泥0.0100.01210-4 砂、砾砂、多孔砖墙砂、砾砂、多孔砖墙裂隙宽度裂隙宽度0.05 mm混凝土、岩石混凝土、岩石化学浆液化学浆液10-7细砂、砂岩、微裂隙的岩石细砂、砂岩、微裂隙的岩石11.2 岩土渗透注浆理论岩土渗透注浆理论v注浆材料在外力作用下可渗入到岩土体的裂隙或孔隙中。注浆材料在外力作用下可渗入到岩土体的裂隙或孔隙中。一般情况下，一般情

8、况下，注浆压力注浆压力越大，注入的越大，注入的浆液量浆液量越多，越多，扩散的距离扩散的距离也就也就越远，加固的越远，加固的效果效果也就越好。也就越好。v但注浆材料的渗透性好坏与许但注浆材料的渗透性好坏与许多因素多因素有关，如有关，如:岩土的孔隙率及孔隙大小、材料的可注性、注浆施工方法、地基的岩土的孔隙率及孔隙大小、材料的可注性、注浆施工方法、地基的非均质性、地下水的流动、注浆材料的时间特性等。非均质性、地下水的流动、注浆材料的时间特性等。v一般渗透注浆是在不足以破坏地层构造的压力下，把浆液注入到粒状土一般渗透注浆是在不足以破坏地层构造的压力下，把浆液注入到粒状土的孔隙中，从而取代或排出其中的空

9、气和水。的孔隙中，从而取代或排出其中的空气和水。v一般渗透注浆要满足一般渗透注浆要满足可注性条件可注性条件其浆液一般均匀地扩散到岩土颗粒其浆液一般均匀地扩散到岩土颗粒间的孔隙或间隙内，将土颗粒胶结起来，可增强土体的间的孔隙或间隙内，将土颗粒胶结起来，可增强土体的强度强度和和防渗能力防渗能力。11.2 岩土渗透注浆理论岩土渗透注浆理论v浆液扩散形状取决于注浆方式：浆液扩散形状取决于注浆方式：当由钻杆端孔注浆，注浆孔较深，相当于点源，浆液呈当由钻杆端孔注浆，注浆孔较深，相当于点源，浆液呈球面扩散。球面扩散。当采用花管分段注浆，浆液则呈当采用花管分段注浆，浆液则呈柱面扩散柱面扩散。v浆液特性：浆液特

10、性：v牛顿流体牛顿流体v宾汉姆流体宾汉姆流体11.2.1 牛顿流体在地层中的渗透公式牛顿流体在地层中的渗透公式牛顿流体牛顿流体典型粘性流体，流变曲线是通过原点的直线，即典型粘性流体，流变曲线是通过原点的直线，即: :大多数的化学浆液都属于牛顿流体。大多数的化学浆液都属于牛顿流体。计算公式：计算公式： 球状扩散理论球状扩散理论Magg公式公式Raffle-Greenwood公式公式柱面扩散理论柱面扩散理论11.2.1 牛顿流体在地层中的渗透公式牛顿流体在地层中的渗透公式u 球状扩散理论球状扩散理论 Magg公式公式 ：Magg于于1938年推导出浆液在砂层中年推导出浆液在砂层中的渗透公式。认为：

11、的渗透公式。认为：浆液在砂体中流动是层流，服从浆液在砂体中流动是层流，服从达西定律达西定律；地基是均质的半无限体；地基是均质的半无限体；在地下水位以下注浆时，地下水无动水压力；在地下水位以下注浆时，地下水无动水压力；不考虑注浆材料的密度与水的密度的差别；不考虑注浆材料的密度与水的密度的差别；在注浆期间，注浆材料的粘度不变；在注浆期间，注浆材料的粘度不变；注浆源为点源，浆液在地层中呈球状扩散。注浆源为点源，浆液在地层中呈球状扩散。11.2.1 牛顿流体在地层中的渗透公式牛顿流体在地层中的渗透公式v根据达西定律：根据达西定律：v式中式中v根据边界条件可推导出根据边界条件可推导出 和和v已知已知 ，

12、同时考虑，同时考虑 ，即，即 ，v则得到：则得到： iAtKQg24 rAKKdrdhig，)11(4100rrKtQhH)11()(400rrhHKtQnrQhhH31043，01rr 00111rrr03113Ktrnrh01313rKhnrt11.2.1 牛顿流体在地层中的渗透公式牛顿流体在地层中的渗透公式Raffle-Greenwood公式公式Raffle和和Greenwood于于1961年推导出注浆点源的球形扩散半径、浆年推导出注浆点源的球形扩散半径、浆液流量和浆液压力之间的关系式为液流量和浆液压力之间的关系式为浆液从注浆点源扩散到半径为浆液从注浆点源扩散到半径为 r1 的球面所需的

13、时间为的球面所需的时间为Raffle-Greenwood公式可简化为公式可简化为 Magg公式。公式。11011114rrrnKQh12113203021130rrrKhnrt11.2.1 牛顿流体在地层中的渗透公式牛顿流体在地层中的渗透公式u柱面扩散公式柱面扩散公式v根据达西定律有根据达西定律有v当当 时，时， ； 时，时， ；可推导出；可推导出v已知已知 ， ，可得，可得v非水溶性浆液渗透扩散理论可参考有关资料。非水溶性浆液渗透扩散理论可参考有关资料。iAKqg0rr Hh 1rr 0hh 0110ln2rraKqhhH011ln2rraKhqanrQ21qtQ 210111/ln2rrn

14、tKhr101212)/ln(Khrrrnt11.2.2 宾汉姆流体在地层中的渗透公式宾汉姆流体在地层中的渗透公式v宾汉姆流体是典型塑性流体，其流变曲线是不通过原点的直线。宾汉姆流体是典型塑性流体，其流变曲线是不通过原点的直线。具有这种性质的原因：是由于流体含有一定的颗粒浓度，在静止状态具有这种性质的原因：是由于流体含有一定的颗粒浓度，在静止状态下形成颗粒之间的内部结构。下形成颗粒之间的内部结构。在外部施加的剪切力很小时，浆液只会产生类似于固体的弹性变形。在外部施加的剪切力很小时，浆液只会产生类似于固体的弹性变形。当剪切力达到破坏极限后当剪切力达到破坏极限后( (超过内聚力超过内聚力) )，浆

15、体才会发生类似于牛顿流，浆体才会发生类似于牛顿流体的流动，浆液的这种性质称为体的流动，浆液的这种性质称为塑性塑性。宾汉姆流体的流变方程表示为宾汉姆流体的流变方程表示为塑性流体的表观粘度为塑性流体的表观粘度为pn1/ )(/nppnn11.2.2 宾汉姆流体在地层中的渗透公式宾汉姆流体在地层中的渗透公式v宾汉姆流体比牛顿流体具有较高的流动阻力，注宾汉姆型浆宾汉姆流体比牛顿流体具有较高的流动阻力，注宾汉姆型浆液需要较大的压力，浆液才能扩散较远。液需要较大的压力，浆液才能扩散较远。多数粘土浆液和一些粘度很大的化学浆液属于宾汉姆流体；多数粘土浆液和一些粘度很大的化学浆液属于宾汉姆流体；水泥浆水泥浆由牛

16、顿流体转变为宾汉姆流体的由牛顿流体转变为宾汉姆流体的临界水灰比临界水灰比发生在发生在WC接近于接近于1处；处；水灰比大于水灰比大于1属于属于牛顿流体牛顿流体，水灰比小于，水灰比小于1为为宾汉姆流体宾汉姆流体。11.2.2 宾汉姆流体在地层中的渗透公式宾汉姆流体在地层中的渗透公式v对于宾汉姆流体柱面扩散方式来说，根据渗流微分方程对于宾汉姆流体柱面扩散方式来说，根据渗流微分方程v宾汉姆流体在粗颗粒岩土体中渗透系数为宾汉姆流体在粗颗粒岩土体中渗透系数为v经整理后得经整理后得v塑性流体随时间而变化的流动规律塑性流体随时间而变化的流动规律rdraKQdpg2)/1 (1CBAEKg)/2(1QarCBA

17、EKg000ln2rrCBrraQEAppr)(0rrQant11.2.2 宾汉姆流体在地层中的渗透公式宾汉姆流体在地层中的渗透公式v当当 时，时， 可忽略不计，取可忽略不计，取 ， 。计算在已知时间。计算在已知时间T T 及注浆流量及注浆流量 Q 为常量时的注浆扩散半径为常量时的注浆扩散半径v注浆流量注浆流量v从而从而r0r20rRr Tt 21TanQR00/ln2)(rRaBCRAppEQR2100ln2)(rRnTBCRAppERR0004 . 0max66. 2RppdAnR11.2.2 宾汉姆流体在地层中的渗透公式宾汉姆流体在地层中的渗透公式计算公式可解决的注浆工程问题：计算公式可

18、解决的注浆工程问题：v（1）已知）已知 和和 ，根据公式，根据公式 可计算出扩散半径。可计算出扩散半径。v（2）已知压差（）已知压差（ ）及注浆时间）及注浆时间 时，按照公式时，按照公式 计算注浆扩散半径。计算注浆扩散半径。v（3）已知注浆流量）已知注浆流量 及扩散半径及扩散半径 ，可按照公式，可按照公式 计算孔底最大压力计算孔底最大压力( )，并根据公式，并根据公式 计算注浆时间。计算注浆时间。v（4）塑性流体的渗透系数、有效粘度都是半径的函数，在向孔隙介质）塑性流体的渗透系数、有效粘度都是半径的函数，在向孔隙介质注入分散性浆液时，随着时间的变化（半径的增大），将出现介质的渗注入分散性浆液时

19、，随着时间的变化（半径的增大），将出现介质的渗透率下降。透率下降。QT21TanQRrpp 0T2100ln2)(rRnTBCRAppERRQR000ln2rrCBrraQEAppr0p21TanQR11.2.3 渗透注浆的极限压力渗透注浆的极限压力v在半无限空间可渗透注浆的土体内注浆时，如果注浆压力超过某一极限在半无限空间可渗透注浆的土体内注浆时，如果注浆压力超过某一极限值值( ( P Pu u ) )，浆液流动将会由渗透方式转化为劈裂方式。，浆液流动将会由渗透方式转化为劈裂方式。v只有当注浆压力小于只有当注浆压力小于P Pu u时，才能保证浆液在土中是渗透的。渗透注浆极时，才能保证浆液在土

20、中是渗透的。渗透注浆极限压力限压力P Pu u的表达式为的表达式为v注浆后一般注浆压力迅速增加，注浆孔附近形成不稳定浆液，略去浆液注浆后一般注浆压力迅速增加，注浆孔附近形成不稳定浆液，略去浆液渗透力对土体应力场的影响，上式简化为渗透力对土体应力场的影响，上式简化为00lnln)21 (2)2)(1 (2rrHKpcu)1 (20HKpcu11.3 岩土压密注浆理论岩土压密注浆理论v压密注浆：压密注浆：是用是用极稠极稠的浆液（塌落度的浆液（塌落度1000），采用），采用牛顿牛顿-雷廷格雷廷格公式公式eveR20205 .5418)(RRRReddgveR302008 .25RRedveRRRed

21、v001 .5111.5.2 水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理v在在静止状态静止状态和和层流状态层流状态，水泥沉淀速度最快，水泥沉淀速度最快，过渡态过渡态次之，次之，紊流紊流最慢。最慢。一般在钻孔附近呈紊流，远离钻孔为层流。因此，一般在钻孔附近呈紊流，远离钻孔为层流。因此，水泥浆在层流段沉积水泥浆在层流段沉积。v影响水泥沉淀速度影响水泥沉淀速度的的因素因素有：水泥比重、颗粒大小、水泥浆的浓度和外有：水泥比重、颗粒大小、水泥浆的浓度和外加剂。加剂。v在相同流速和相同浓度下，水泥的比重和颗粒越大，越容易下沉；当颗在相同流速和相同浓度下，水泥的比重和颗粒越大，越容易下沉；

22、当颗粒直径粒直径0.001 mm时，水泥浆液为时，水泥浆液为稳定浆液稳定浆液。v其他条件相同时，浆液愈稀，水泥颗粒的沉降速度愈快。其他条件相同时，浆液愈稀，水泥颗粒的沉降速度愈快。v浓度增加，颗粒之间相互碰撞、摩擦的机会增多，颗粒下沉阻力增大，浓度增加，颗粒之间相互碰撞、摩擦的机会增多，颗粒下沉阻力增大，速度减慢。速度减慢。v掺入一定数量掺入一定数量分散剂分散剂，可以延缓水泥的析水沉淀速率。，可以延缓水泥的析水沉淀速率。11.5.2 水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理v浆液在管道中输送和在大裂隙中流速较高多表现为浆液在管道中输送和在大裂隙中流速较高多表现为紊流紊流，而

23、在细裂隙中，而在细裂隙中多表现为多表现为层流层流。v注浆时浆液自孔壁缝口进入地层裂隙后，越向外流，控制浆液的断面积注浆时浆液自孔壁缝口进入地层裂隙后，越向外流，控制浆液的断面积越大，越大，浆液的流速与距孔中心的距离成反比浆液的流速与距孔中心的距离成反比。v流速减小，水泥颗粒流速减小，水泥颗粒动能动能减小。减小。这样一方面重力沉淀速度增加，另一方面颗粒易被接触到的岩壁所这样一方面重力沉淀速度增加，另一方面颗粒易被接触到的岩壁所吸附，且水泥颗粒间的相互吸引，易形成颗粒集团，从而促进水泥吸附，且水泥颗粒间的相互吸引，易形成颗粒集团，从而促进水泥浆的析水沉积过程。浆的析水沉积过程。11.5.2 水泥浆

24、液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理v水泥注浆的充填过程水泥注浆的充填过程水泥颗粒在岩缝中水泥颗粒在岩缝中开始沉积地点开始沉积地点离孔壁的距离，将随注浆压力和浆离孔壁的距离，将随注浆压力和浆液稠度、岩缝宽度不同而不同。压力越大，浆液越稀，岩缝越宽，液稠度、岩缝宽度不同而不同。压力越大，浆液越稀，岩缝越宽，开始沉积的地点距钻孔越远。开始沉积的地点距钻孔越远。从沉积点开始，水泥颗粒将陆续从浆液中被分离出来，在岩缝中形从沉积点开始，水泥颗粒将陆续从浆液中被分离出来，在岩缝中形成一个不断加厚的成一个不断加厚的“脊背脊背”，逐步缩小岩缝的宽度。，逐步缩小岩缝的宽度。当岩缝宽度缩小到一定

25、程度以后，不是出现当岩缝宽度缩小到一定程度以后，不是出现吃浆率的减小吃浆率的减小，就是出，就是出现现压力自动升高压力自动升高；若保持压力不变，进浆率就减小。；若保持压力不变，进浆率就减小。进浆率的减小，使得浆液在每一点上的流动速度也跟着减小，从而进浆率的减小，使得浆液在每一点上的流动速度也跟着减小，从而在靠近钻孔的方向又形成新的在靠近钻孔的方向又形成新的“脊背脊背”，直到岩缝基本填满为止。，直到岩缝基本填满为止。11.5.2 水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理v不同不同宽度宽度的岩缝，采用同一浓度浆液时，充填的岩缝，采用同一浓度浆液时，充填范围范围和和时间时间是不同的

26、。是不同的。宽宽裂隙裂隙充填距离较远，时间较长；而充填距离较远，时间较长；而窄裂隙窄裂隙充填范围很小，时间很短。充填范围很小，时间很短。v在实际注浆中，遇到在实际注浆中，遇到吃浆量很大吃浆量很大，长时间不见减小情况时，可采取，长时间不见减小情况时，可采取逐级逐级变浓变浓浆液的措施进行注浆。浆液变浓，意味着粘度和流动阻力的增大，浆液的措施进行注浆。浆液变浓，意味着粘度和流动阻力的增大，将导致相同压力下的进浆率和流速降低，结果使得水泥提前沉积。将导致相同压力下的进浆率和流速降低，结果使得水泥提前沉积。v变浓一级浆液变浓一级浆液，就要出现一个更靠近孔壁的沉积点和一个新脊背。，就要出现一个更靠近孔壁的

27、沉积点和一个新脊背。过快过快变浓浆液变浓浆液，可能造成岩缝突然堵塞，前后形成的，可能造成岩缝突然堵塞，前后形成的“脊背脊背”互不衔接，使互不衔接，使岩缝得不到充分的充填。岩缝得不到充分的充填。11.5.2 水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理v在在一个注浆段包含不同宽度的裂隙一个注浆段包含不同宽度的裂隙。为使所有裂隙都能充满浆液，首先使用粘度小、流动性较好的稀浆，为使所有裂隙都能充满浆液，首先使用粘度小、流动性较好的稀浆，充填较小的裂隙，然后再用较稠的浆液注较大的裂隙。充填较小的裂隙，然后再用较稠的浆液注较大的裂隙。v浆液由稀变浓应逐级改变。浆液由稀变浓应逐级改变。我国

28、现行规范规定的水灰比可采用我国现行规范规定的水灰比可采用 8: :1，5: :1，3: :1，2: :1，1.5: :1，0.8: :1，0.6: :1，0.5: :1共九个比级；共九个比级；A. . C. Houlsby 推荐水泥浆液的最佳起始水水灰比为推荐水泥浆液的最佳起始水水灰比为3: :1；但加固注浆中水灰比一般不大于但加固注浆中水灰比一般不大于1: :1。11.5.2 水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理v注浆过程中注浆过程中变浆时机变浆时机需根据需根据压力压力与与吸浆率吸浆率变化情况决定：变化情况决定：在在吃浆率吃浆率大于大于10 L/min以前，若连续注入

29、量已达以前，若连续注入量已达450 L以上，注浆压以上，注浆压力或吸浆率均无明显变化，则变浓一级；力或吸浆率均无明显变化，则变浓一级；在在吸浆率吸浆率小于小于10 L/min以后，若连续注入时间已达以后，若连续注入时间已达2 h以上，压力和以上，压力和吸浆率均无变化，也变浓一级；吸浆率均无变化，也变浓一级；若变浓浆液后若变浓浆液后压力明显逐渐升高或吸浆率逐渐减小压力明显逐渐升高或吸浆率逐渐减小，则不宜再变浓，则不宜再变浓浆液就用当时的浓度，直至注浆结束；浆液就用当时的浓度，直至注浆结束；若变浓后若变浓后吸浆率骤减或压力骤升吸浆率骤减或压力骤升，再退回用原来的浆液浓度来注。，再退回用原来的浆液浓

30、度来注。11.5.2 水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理v水泥浆液在岩体裂隙内的沉积排水机理水泥浆液在岩体裂隙内的沉积排水机理裂隙岩体注浆所用的水泥浆液的裂隙岩体注浆所用的水泥浆液的水灰比水灰比多在多在15之间，水泥水化大之间，水泥水化大约需约需525水（一般为水泥重量的水（一般为水泥重量的25左右），而其余的左右），而其余的7595的水则属于多余的。它仅仅为了浆液输送方便，一旦把水泥颗的水则属于多余的。它仅仅为了浆液输送方便，一旦把水泥颗粒载运到预定地点后，粒载运到预定地点后，多余的水分就应排除多余的水分就应排除。而这些多余的水分是以怎样的方式排除呢而这些多余的水分

31、是以怎样的方式排除呢?目前有两种认识，即目前有两种认识，即“固固结排水结排水”和和“流动沉积流动沉积”理论。理论。11.5.2 水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理固结排水理论固结排水理论德国的德国的库茨纳尔库茨纳尔认为：注浆过程分为认为：注浆过程分为“填满填满”与与“饱和饱和”两个阶段。两个阶段。在在填满阶段填满阶段，浆液进入并充填了裂隙的绝大部分，在，浆液进入并充填了裂隙的绝大部分，在饱和阶段饱和阶段，浆，浆液中的多余水分在液中的多余水分在饱和压力饱和压力（最高压力）下产生类似于太沙基的（最高压力）下产生类似于太沙基的土土力学固结力学固结现象而被排出，使水泥颗粒彼此

32、接近。现象而被排出，使水泥颗粒彼此接近。但对于但对于坚硬和透水性差坚硬和透水性差的岩石，很难用固结排水理论解释水泥浆的的岩石，很难用固结排水理论解释水泥浆的排水机理。排水机理。11.5.2 水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理水泥浆液在岩体裂隙中的流动机理流动沉积理论流动沉积理论浆液进入岩缝后浆液进入岩缝后流动速度流动速度和和压力压力是随离开钻孔的距离而迅速降低。是随离开钻孔的距离而迅速降低。当浆液在裂隙内的当浆液在裂隙内的流速流速降低到某一降低到某一临界值临界值时，水泥颗粒在时，水泥颗粒在重力重力作用作用下首先在临界流速处陆续向底部沉落。下首先在临界流速处陆续向底部沉落。沉积的结果使渗浆断面缩小，

33、注浆压力和浆液流速都发生变化。多沉积的结果使渗浆断面缩小，注浆压力和浆液流速都发生变化。多余水分在沉积层顶部微小的缝隙内以清水形式流到远方，直至裂隙余水分在沉积层顶部微小的缝隙内以清水形式流到远方，直至裂隙完全填满为止。完全填满为止。沉积理论沉积理论忽视浆液在注浆过程中向周围裂隙排水的作用，它很难解忽视浆液在注浆过程中向周围裂隙排水的作用，它很难解释在重力条件下沉积时，水灰比越大，释在重力条件下沉积时，水灰比越大，结石重度结石重度和和力学强度力学强度就越小就越小的问题。的问题。11.5.3 裂隙岩体的劈裂注浆裂隙岩体的劈裂注浆v假定岩石是各向同性、均匀连续的线弹性体，在钻孔壁假定岩石是各向同性

34、、均匀连续的线弹性体，在钻孔壁面处发生水力劈裂的条件：面处发生水力劈裂的条件：垂直劈裂垂直劈裂水平劈裂水平劈裂 hKNhpt002)1 (1hNhpt1)1 (1011.5.3 裂隙岩体的劈裂注浆裂隙岩体的劈裂注浆v不少不少完整岩石完整岩石抗拉强度都大于抗拉强度都大于7.89.8 MPa，一般岩体内，一般岩体内注浆压力都不超过注浆压力都不超过5.97.8 MPa，因此，完整岩石很难发，因此，完整岩石很难发生水力劈裂。生水力劈裂。v而在而在裂隙岩体裂隙岩体内注浆时，由于裂隙岩体存在不同形式的软内注浆时，由于裂隙岩体存在不同形式的软弱面，强度很低，容易在较低压力下首先劈裂并导致岩层弱面，强度很低，

35、容易在较低压力下首先劈裂并导致岩层的变形，压力在的变形，压力在 2.06.0 MPa以下就出现岩层表面上抬或以下就出现岩层表面上抬或耗浆量突然增加。耗浆量突然增加。软弱面软弱面和和软弱层软弱层的存在控制着劈裂的发生和发展。的存在控制着劈裂的发生和发展。11.5.3 裂隙岩体的劈裂注浆裂隙岩体的劈裂注浆v裂隙岩体内注浆，裂隙岩体内注浆，注浆压力低注浆压力低、浆液流速小，浆液在裂隙内、浆液流速小，浆液在裂隙内以以渗透渗透和和充填充填为主。为主。v当采用当采用高压注浆高压注浆时，裂隙岩体的节理和裂隙被不同程度地时，裂隙岩体的节理和裂隙被不同程度地扩扩张张，使岩层发生上抬现象，即，使岩层发生上抬现象，即压力扩缝效应压力扩缝效应。v压力扩缝压力扩缝的的实质实质是由于流体在缝隙内流动给两壁岩体以是由于流体在缝隙内流动给两壁岩体以压缩压缩应力应力（扩张